一種選擇性發射極太陽能電池的制造方法

一種選擇性發射極太陽能電池的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種選擇性發射極太陽能電池的制造方法，該方法包括損傷層去除，兩步重擴散，正面電極溝槽蝕刻，正面電極填充的燒結，反蝕形成高摻雜區和低摻雜區，該正面電極包括側壁電極片、以折線方式延伸的嵌入電極片、主電極條。該方法制備的選擇性發射極太陽能電池能夠在整體上提高光吸收效率，光生載流子收集效率，避免表面死層現象，同時能夠平衡短路電流和開路電壓，提高電池填充率。
【專利說明】一種選擇性發射極太陽能電池的制造方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種太陽能電池制造方法，尤其是涉及一種選擇性發射極太陽能電池 的制造方法。

【背景技術】
[0002] 目前，世界各國都在竭力發展可替代的新能源，太陽能電池技術是最具潛力和現 實意義的新能源產業，受到各國政府的高度重視； 對于常規生產用太陽能電池而言，想要獲得較高的短路電流密度，則需要得到輕摻雜 濃度和較淺的節深；而要獲得較高的開路電壓，則需要較高的表面摻雜濃度。同時，較高的 摻雜濃度有利于獲得較好的歐姆接觸，減小電池的串聯電阻。選擇性發射極太陽能電池結 構能夠較好的平衡上述要求，通常制備選擇性發射極太陽能電池的方法包括反蝕法，掩膜 腐蝕法，埋柵法等，但是以往的傳統方法存在光生載流子收集效率以及光吸收效率低的問 題，甚至往往會出現由于表面濃度過高而出現"死層"的現象，導致串聯電阻的增高，降低了 電池的填充率。


【發明內容】

[0003] 本發明提供一種選擇性發射極太陽能電池的制造方法，該選擇性發射極太陽能電 池結構能夠在整體上提高光吸收效率，光生載流子收集效率，避免表面死層現象，同時能夠 平衡短路電流和開路電壓，提高電池填充率； 本發明的制備方法包括步驟： (1) 提供第一導電類型的單晶硅片，NaOH溶液對所述單晶硅片進行損傷層去除，隨后 對所述單晶硅片進行去離子水清洗和烘干處理； (2) 對所述單晶硅片的正面進行擴散工藝，形成第二導電類型摻雜區，所述摻雜區結深 為 0· 5-1. 5um ; (3) 反蝕工藝，形成高摻雜區和低摻雜區； (4) 沉積抗反射膜； 進一步的在步驟和步驟之間還包括正面電極形成步驟，所述正面電極形成步驟包括： 在所述單晶硅片摻雜區的正面蝕刻形成正面電極溝槽圖案，所述正面電極溝槽的深度為所 述結深的四分之一到二分之一；以及在該正面電極溝槽圖案的溝槽內填充銀漿料； 進一步的，所述擴散工藝包括：以氮氣為攜磷氣體，三氯氧磷為磷源，在950-1050攝氏 度溫度范圍內進行初擴散，擴散時間為20分鐘；之后將溫度以20攝氏度/分鐘的速度降 溫，同時進行推進擴散；待溫度降至750-850攝氏度后，停止通三氯氧磷； 進一步的，所述抗反射膜為雙層結構，其中更靠近光照射的上層折射率大于下層； 進一步的，在正面電極溝槽圖案的溝槽內填充銀漿料之后進行燒結處理以形成正面電 極； 進一步的，所述正面電極溝槽圖案包括：相互平行的多個側壁電極片溝槽對，每個側壁 電極片溝槽對具有兩個相互平行的側壁電極片溝槽，側壁電極片溝槽由硅片正面的一側延 伸到另一側，多個側壁電極片溝槽對之間的距離大于側壁電極片溝槽對中側壁電極片溝槽 之間的距離； 進一步的，所述側壁電極片溝槽對之間的距離是所述側壁電極片溝槽對中所述側壁電 極片溝槽之間距離的2倍； 進一步的，在所述多個側壁電極片溝槽對中的所述側壁電極片溝槽之間還具有沿折線 方式延伸的嵌入電極片溝槽，該嵌入電極片溝槽在折角處與所述側壁電極片溝槽連通，并 且所述多條主電極條溝槽穿過該折角處；對應的，在所述燒結處理之后，所述側壁電極片溝 槽、主電極條溝槽和嵌入電極片溝槽內的銀漿料分別形成正面電極中的側壁電極片、主電 極條和嵌入電極片； 進一步的，所述反蝕工藝包括：在硅片正面使用抗蝕刻掩膜圖案覆蓋電極區域，所述電 極區域是指：多個側壁電極片對中的側壁電極片和側壁電極對中的兩個側壁電極片之間的 區域，以及主電極條區域；對未被抗蝕刻掩膜圖案覆蓋的摻雜的硅片正面區域進行干法蝕 亥IJ，蝕刻深度與正面電極的深度相同，即一直蝕刻到與正面電極底部平行的位置；清洗，去 除抗抗蝕刻層，至此由所述摻雜區形成了重摻雜區和低摻雜區，完成了選擇性發射極結構 的制備； 其中所述側壁電極片對是指由側壁電極片溝槽對內形成的包括了兩個側壁電極片的 組合；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004] 圖1擴散摻雜后硅片示意圖； 圖2硅片正面電極溝槽圖案示意圖； 圖3圖2中沿A-B方向的剖面圖； 圖4反蝕工藝后形成的選擇性發射極結構(未顯示抗反射層）； 圖5圖4中沿A-B方向的剖面圖。

【具體實施方式】
[0005] 為了使得本發明的目的和有益效果及優點變得更加直觀和清除，以下將結合實施 例和附圖，來對本發明做進一步詳細的說明。應當理解，此處提供的具體實施例僅是用以理 解本發明，并不能限定本發明； 說明書中使用的"A層在B層之上"應理解為在位置關系上B層位于A層的更上層，但 不能排除在A層和B層之間還具有額外的層； 首先以一較復雜的實施方式為例，對本發明做一個詳細的說明，但應該明確該實施例 僅僅是本發明可實施的一個方面，其并不代表本發明的全部內容，不能用來限定本發明的 實施范圍； 請參考圖1-5,首先，選用例如（111)面的硼摻雜P型單晶硅片（1)作為半導體基材，采 用濃度為15%的NaOH溶液對該單晶硅片進行損傷層去除，隨后對該單晶硅片（1)進行去離 子水清洗和烘干處理，得到擴散前的單晶硅片（1); 接著將硅片（1)送入閉管高溫擴散爐對硅片正面（S1)進行兩步擴散工藝，以氮氣為 攜磷氣體，三氯氧磷為磷源，在950-1050攝氏度溫度范圍內進行初擴散，擴散時間為20分 鐘；之后將溫度以20攝氏度/分鐘的速度降溫，同時進行推進擴散；待溫度降至750-850攝 氏度后，停止通三氯氧磷；保溫，完成重摻雜，形成摻雜區（2)，該摻雜區（2)的結深（dl)在 0. 5-1. 5um范圍內，摻雜濃度自然形成為由正面表面向硅片內部逐漸減小。在此，與傳統的 一步恒溫擴散的重摻雜工藝相比，本兩步擴散工藝能調節摻雜濃度從硅片表面向硅片內部 的濃度梯度，這將對平衡短路電流和開路電壓之間的平衡起到重要作用； 降溫出爐，使用常規的光刻-蝕刻工藝，在硅片摻雜區（2)的正面（S1)蝕刻形成正面 電極溝槽圖案，該正面電極溝槽圖案與最終形成的電極全部位置是一致的；參考圖2,該電 極溝槽圖案具有相互平行的多個側壁電極片溝槽對（41)，每個側壁電極片溝槽對（41)具 有兩個相互平行的側壁電極片溝槽（411)，側壁電極片溝槽（411)由硅片正面（S1)的一側 延伸到另一側，多個側壁電極片溝槽對（41)之間的距離（d21)大于側壁電極片溝槽對（41) 中側壁電極片溝槽（411)之間的距離（d22)，優選為側壁電極片溝槽對（41)之間的距離是 側壁電極片溝槽對（41)中側壁電極片溝槽（411)之間距離的2倍；多個主電極條溝槽（5)， 沿著與側壁電極片溝槽（411)相交叉的方向延伸，優選為與側壁電極片溝槽（411)垂直；在 該多個側壁電極片溝槽對（41)中的側壁電極片溝槽（411)之間還具有沿折線方式延伸的 嵌入電極片溝槽（42)，該嵌入電極片溝槽（42)在折角處與側壁電極片溝槽（411)連通，并 且該多條主電極條溝槽（5)穿過該折角處，主電極條溝槽（5)與側壁電極片溝槽（411)在主 電極條溝槽（5)與側壁電極片溝槽（411)相交叉的地方連通；該側壁電極片溝槽（411)、主 電極條溝槽（5)和嵌入電極溝槽（42)的深度為結深的四分之一到二分之一之間； 正面電極填充，向側壁電極片溝槽（411 )，主電極條溝槽（5)和嵌入電極片溝槽（42)內 填充銀漿料，并在硅片背面通過絲網印刷工藝形成背電極，經燒結形成正面電極和背面電 極（6);對應的，側壁電極片溝槽（411)、主電極條溝槽（5)和嵌入電極片溝槽（42)內的銀漿 料分別形成正面電極中的側壁電極片（411E)、主電極條（5E)和嵌入電極片（42E)。因此，主 電極條（5E)與側壁電極片（411E)在其交叉的地方接觸連接，嵌入電極片（42E)與側壁電 極片（411E)在嵌入電極片（42E)折角處接觸連接，主電極條（5)穿過該嵌入電極片（42E) 折角處； 反蝕工藝，在硅片正面抗蝕刻掩膜圖案覆蓋電極區域，該抗蝕刻層圖案可由熟知的光 刻-掩膜工藝實現，該電極區域是指：多個側壁電極片對（41E)(此處的側壁電極片對是指 由側壁電極片溝槽對內形成的包括了兩個側壁電極片的組合）中的側壁電極片（411E)和 側壁電極對中的兩個側壁電極片（411E)之間的區域，以及主電極條（5E)區域，即圖2中的 非C區域；對未被抗蝕刻掩膜圖案覆蓋的摻雜的硅片正面區域C進行干法蝕刻，蝕刻深度與 正面電極的深度（d3)相同，即一直蝕刻到與正面電極(包括側壁電極片（411E)，主電極條 (5E)和嵌入電極片（42E))底部平行的位置；清洗，去除抗抗蝕刻層，至此由摻雜區（2)形成 了重摻雜區（21)和低摻雜區（22)，完成了選擇性發射極結構的制備； 需要說明的是，該沿折線延伸的嵌入電極片（42E)不僅可以收集重摻雜區中沿側壁電 極片（411E)垂直方向遷徙移動的光生載流子也可以收集沿側壁電極片（411E)平行方向遷 徙移動的光生載流子； 另外，參考圖4,在形成的低摻雜區（21)和重摻雜區（22)以及正面電極的側壁電極片 (411E)和嵌入電極片（42)上表面沉積抗反射膜（7)，側壁電極片（411E)的側壁沒有沉積抗 反射膜（7)，這是因為覆蓋在重摻雜區（22)側壁上的側壁電極層（411E)的側壁有利于反射 以一定角度照射到電極層上的陽光從而照射到電池的活性區以提高光吸收效率；抗反射層 的材料可以為氮化硅，氧化硅，二氧化鈦，并且可以被設置為雙層結構，其中更靠近光照射 的上層（71)折射率大于下層（72)，這樣做的好處是能夠有效的利用以很大角度(例如60度 以上）入射到太陽能電極光照面的光線，并且能夠將已經入射到第一表面的光線鎖定在高 折射率層中不易反射出來。例如可以使用相同的材料但具有不同折射率的雙層結構作為抗 反射膜，也可以使用不同的材料作為雙層結構的抗反射膜； 另外，在進行擴散工藝之后，進行等離子體蝕刻工藝以去除邊緣PN結； 另外，由于側壁電極片（411E)的側壁結構，側壁電極片（411E)與主電極條（5E)的接 觸面積跟主電極條（5E)的寬度（即平行于硅片正面且垂直于主電極條延伸方向上的距離） 沒有關系。因此在不降低載流子收集效率的情況下，主電極條（5E)的寬度可以做的比常規 的更窄，例如主電極條（5E)的高度可以大于主電極條的寬度，優選的主電極條的寬度為主 電極條高度的四分之一至八分之一。如此做的優點在于減小電池受光面的電極覆蓋面積， 增加光照面積； 對以上記載的本發明的理解應當站在本領域技術人員的角度，對以上發明的明顯變形 和要素替代而形成的技術方案都在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種太陽能電池制備方法，包括以下步驟： (1) 提供第一導電類型的單晶硅片，NaOH溶液對所述單晶硅片進行損傷層去除，隨后 對所述單晶硅片進行去離子水清洗和烘干處理； (2) 對所述單晶硅片的正面進行擴散工藝，形成第二導電類型摻雜區，所述摻雜區結深 為 0· 5-1. 5um ; (3) 反蝕工藝，形成高摻雜區和低摻雜區； (4) 沉積抗反射膜。
2. 如權利要求1所述的太陽能電池制備方法，在步驟（2)和步驟（3)之間還包括正面 電極形成步驟，所述正面電極形成步驟包括：在所述單晶硅片摻雜區的正面蝕刻形成正面 電極溝槽圖案，所述正面電極溝槽的深度為所述結深的四分之一到二分之一；以及在該正 面電極溝槽圖案的溝槽內填充銀漿料。
3. 如權利要求1-2所述的太陽能電池制備方法，所述擴散工藝包括：以氮氣為攜磷氣 體，三氯氧磷為磷源，在950-1050攝氏度溫度范圍內進行初擴散，擴散時間為20分鐘；之后 將溫度以20攝氏度/分鐘的速度降溫，同時進行推進擴散；待溫度降至750-850攝氏度后， 停止通二氣氧憐。
4. 如權利要求1-2所述的太陽能電池制備方法，所述抗反射膜為雙層結構，其中更靠 近光照射的上層折射率大于下層。
5. 如權利要求2所述的太陽能電池制備方法，在正面電極溝槽圖案的溝槽內填充銀 漿料之后進行燒結處理以形成正面電極。
6. 如權利要求5所述的太陽能電池制備方法，所述正面電極溝槽圖案包括：相互平行 的多個側壁電極片溝槽對，每個側壁電極片溝槽對具有兩個相互平行的側壁電極片溝槽， 側壁電極片溝槽由硅片正面的一側延伸到另一側，多個側壁電極片溝槽對之間的距離大于 側壁電極片溝槽對中側壁電極片溝槽之間的距離。
7. 如權利要求6所述的太陽能電池制備方法，所述側壁電極片溝槽對之間的距離是所 述側壁電極片溝槽對中所述側壁電極片溝槽之間距離的2倍。
8. 如權利要求6所述的太陽能電池制備方法，在所述多個側壁電極片溝槽對中的所述 側壁電極片溝槽之間還具有沿折線方式延伸的嵌入電極片溝槽，該嵌入電極片溝槽在折角 處與所述側壁電極片溝槽連通，并且所述多條主電極條溝槽穿過該折角處；對應的，在所述 燒結處理之后，所述側壁電極片溝槽、主電極條溝槽和嵌入電極片溝槽內的銀漿料分別形 成正面電極中的側壁電極片、主電極條和嵌入電極片。
9. 如權利要求8所述的太陽能電池制備方法，所述反蝕工藝包括：在硅片正面使用抗 蝕刻掩膜圖案覆蓋電極區域，所述電極區域是指：多個側壁電極片對中的側壁電極片和側 壁電極對中的兩個側壁電極片之間的區域，以及主電極條區域；對未被抗蝕刻掩膜圖案覆 蓋的摻雜的硅片正面區域進行干法蝕刻，蝕刻深度與正面電極的深度相同，即一直蝕刻到 與正面電極底部平行的位置；清洗，去除抗抗蝕刻層，至此由所述摻雜區形成了重摻雜區和 低摻雜區，完成了選擇性發射極結構的制備； 其中所述側壁電極片對是指由側壁電極片溝槽對內形成的包括了兩個側壁電極片的 組合。
【文檔編號】H01L31/18GK104091858SQ201410360118
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】司紅康, 馬梅, 謝發忠 申請人:六安市大宇高分子材料有限公司